AUTOMATED SYSTEM FOR SURFACE PARALLELISM CONTROL IN PRISMATIC PARTS
Abstract and keywords
Abstract (English):
An automated device for deviation control from parallelism of surfaces in prismatic parts is described. The device is an inexpensive analog of a coordinate measuring machine and allows facilitating and accelerating considerably a process of measurement and processing information obtained in comparison with manual labor. There is presented an assembly drawing of an automated control device and also a structural and a block diagram of the control system for an automated control device. A description of elements of the control system and an automated control device is given, a principle of automated control device operation is de-scribed. To control measurements by a computer there is developed an application by LabVIEW graphic pro-gramming means.

Keywords:
automatic control systems, deviation from parallelism, prismatic parts, control system
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение

 

Развитие современной промышленности, повышение ее технического уровня, рост эффективности производства и всестороннее повышение качества выпускаемой продукции неразрывно связаны с достижениями науки и техники, автоматизацией производства и сопровождаются интенсивным развитием и совершенствованием средств контроля и управления технологическими процессами.

Надежность любой машины, функционирование её узлов в расчетном режиме, а значит, и ресурс в определяющей степени зависят от геометрической точности изготовления деталей по сопрягаемым поверхностям. Повышение требований к качеству машин влечет за собой ужесточение допусков. Одновременно повышается стоимость и трудоемкость операций контроля в технологическом процессе изготовления деталей и изделий, совершенствуются измерительные средства. Себестоимость контроля в отдельных отраслях машиностроения может составлять 25…30 % от себестоимости изделий.

Как правило, одну метрологическую задачу можно решить с помощью различных измерительных средств, которые имеют не только разную стоимость, но и различные точность и другие метрологические показатели, а следовательно, дают неодинаковые результаты.

Применение автоматизированных систем научных исследований (АСНИ) и комплексных испытаний деталей машин наиболее необходимо в тех областях науки и техники, которые имеют дело с использованием больших объемов информации.

Автоматизированная система научно-технических исследований представляет собой аппаратно-программный комплекс на базе средств вычислительной техники, предназначенный для получения, уточнения и апробации математических моделей исследуемых объектов, явлений, процессов.

В основу АСНИ положены принципы обмена информацией между исследователем и экспериментальной установкой в реальном масштабе времени. При этом АСНИ осуществляет:

- сбор измерительной информации, ее первичную обработку (в соответствии с алгоритмом процесса исследования);

- обмен управляющей информацией между экспериментальной установкой и ЭВМ;

- хранение информации и обмен ею с другими ЭВМ.

 

 

Конструкция автоматизированной системы контроля отклонения от параллельности призматических деталей

         

 

         Наиболее удобным и универсальным средством измерения отклонений от расположения являются координатно-измерительные устройства – приборы для измерения положения точек на поверхности элементов деталей в системе плоских или пространственных координат, конструкция которых взята за основу при разработке АСНИ [1; 4].

По ГОСТ 24642-83 отклонение от параллельности плоскостей - это разность D наибольшего и наименьшего расстояний между плоскостями в пределах нормируемого участка (рис. 1).

 

http://www.propro.ru/graphbook/eskd/eskd/gost/2_308/24642/0022.gif

Рис. 1. Отклонение от параллельности плоскостей

 

 

Отклонение от параллельности плоскостей возникает при неправильно сориентированной уже обработанной плоскости на горизонтальной плоскости стола. Причинами данных отклонений могут стать: загрязненность или повреждение поверхности рабочего стола (магнитной плиты); выпуклость забоины на базовой поверхности заготовки; неточность зажимных приспособлений или неравномерная их установка; неверное закрепление заготовки; заниженная твердость или неправильная правка круга; чрезмерный нагрев детали; изношенность направляющих станин и других частей станка.

На рис. 2 представлена конструкция автоматизированной системы контроля. В ее основе лежит компоновка с подвижным П-образным порталом с замкнутым контуром, образованным жестко соединенными балкой, двумя стойками и замыкающим мостиком.

Основание 1 изготавливается из алюминиевого конструкционного профиля и фрезерованных алюминиевых деталей. Выбранный профиль имеет большой момент инерции, что позволяет избежать прогибов стола. Эталонной поверхностью служит поверочная плита 2, на которую устанавливается деталь. Портал 3 из алюминиевого сплава имеет небольшой вес, что обеспечивает хорошую динамику устройства. Кроме того, алюминий быстро принимает температуру окружающей среды, что снижает температурные погрешности [2; 3].

Перемещение датчика осуществляется по трем осям X, Y, Z по направляющим 4 при помощи шаговых двигателей 5 и шарико-винтовой передачи (ШВП) 6. Шаговый двигатель через муфту передает крутящий момент винту, который совместно с гайкой ШВП преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное. Винт крепится к основанию при помощи подшипниковой опоры винта.

Привод портала, расположенный посередине основания машины под специальным накладным столом в непосредственной близости к центру пространства наиболее вероятных измерений, совпадает с проекцией центра тяжести портала. Накладным столом служит стол с Т-пазами. Наибольшие размеры устанавливаемой детали B×L×H=400×400×200 мм.

Для измерения отклонения используется LVDT-датчик GCD-SE 100.

LVDT - это датчики положения и перемещения на основе дифференциального трансформатора [5]. LVDT-датчик является электромеханическим преобразователем, реагирующим на смещение сердечника. Положение сердечника определяется соотношением напряжений на вторичных обмотках.

Преимуществами датчиков данного типа являются:

- отсутствие контакта корпуса и внутренних деталей с чувствительным элементом, а следовательно, и отсутствие износа при движении штока;

 

 

 

  Рис. 2. Конструкция автоматизированной системы контроля

отклонения от параллельности

призматических деталей

 

 

- высокая защищенность от влаги и пыли;

- отсутствие влияния вибрации на пропадание сигнала;

- определение положения штока при включении.

 

 

Система управления автоматизированной системой контроля отклонения от параллельности призматических деталей

            

 

В качестве устройства управления выбран микроконтроллер Atmega8, который обладает хорошими техническими характеристиками и относительно невысокой стоимостью.

         Функциональная схема системы управления автоматизированной системой контроля представлена на рис. 3.

 

 

 

Рис. 3. Функциональная схема системы управления автоматизированной системой контроля

 

 

Сигнал от датчика положения GCD-SE 100 поступает на АЦП последовательного приближения LTC 1297. После преобразования цифровой сигнал поступает на устройство управления (микроконтроллер Atmega8). Связь с LTC1297 осуществляется с помощью стандартного SPI-совместимого последовательного интерфейса. Управление шаговым двигателем происходит при помощи драйвера шагового двигателя DM442. Связь между микроконтроллером и компьютером осуществляется за счет интегральной схемы MAX232, преобразующей сигналы последовательного порта RS-232 в сигналы, пригодные для использования в цифровых схемах.

 

 

Проведение измерений и обработка полученных результатов

            Методика координатных измерений включает в себя стратегию измерения (рекомендуемое число точек, их расположение на контролируемых поверхностях и последовательность обхода (траектория движения) при измерении).

По ГОСТ 25443-82 при проверке прямоугольных поверхностей измерения следует проводить в точках пересечения продольных и поперечных сечений, указанных на рис. 4 и в табл. 1, 2.

 

Для повышения точности измерения было разработано алгоритмическое и программное обеспечение для определения и компенсации погрешности механической части приводов автоматизированной системы контроля отклонения от параллельности поверхностей призматических деталей.

Перед измерением детали производится калибровка по эталонной поверхности (поверочной плите), установленной на столе. Измерения проводят последовательно в сечениях (точках) проверяемой поверхности, установленных для детали по рис. 4 и табл. 1, 2. Величина отклонений хранится в памяти микроконтроллера и при измерении детали компенсируется.

 

ГОСТ 26189-84 (СТ СЭВ 4146-83) Станки металлорежущие. Метод комплексной проверки параллельности и прямолинейности двух плоских поверхностей образца-изделия

Рис. 4. Расположение проверяемых сечений

Таблица 1

Проверяемые поперечные сечения

Длина проверяемой поверхности L, мм

Расположение проверяемых поперечных сечений В1, В2,…Вn

До 200

a=L/5, но не менее 40 мм

Св. 200 до 630

a=L/5, но не менее 80 мм

Таблица 2

Проверяемые продольные сечения

Ширина проверяемой поверхности В, мм

Расположение проверяемых продольных сечений А1, А2,…Аn

До 200

Среднее продольное сечение

Св. 200 до 630

b=B/3

 

 

Для управления установкой от ПЭВМ было разработано приложение в среде графического программирования LabView.

В программе управления есть 3 режима (рис. 5):

  1. Поиск X,Y,ZHOME (поиск нулевой точки).
  2. Калибровка.
  3. Сканирование.

Перед измерением детали необходимо указать ее размеры для расчета количества и расположения точек измерения.

Результаты измерений сохраняются в базе данных, разработанной в Microsoft Access (рис. 6). Полученную информацию можно отсортировать по ФИО проводившего измерение и по величине отклонения (рис. 7).

Во время процесса контроля на производстве оператор сталкивается с большой номенклатурой измеряемых деталей. Его задачей является разработка оптимальной стратегии измерения детали, написание программы измерения и анализ полученных результатов. От правильно разработанной стратегии измерения зависит не только точность, но и производительность, т.е. разработанная автоматизированная система контроля позволяет сократить время, затрачиваемое на контроль и обработку информации.

 

 

 

Рис. 5. Панель оператора автоматизированной системы контроля

 

 

 

DIPLOMd1

Рис. 6. База данных по измеренным деталям

DIPLOMd4

Рис. 7. Выборка по фамилии и отклонению (меньше 0,02)

 

 

 

 

Заключение

 

Разработанная автоматизированная система контроля отклонения от параллельности призматических деталей позволит:

  • в несколько раз сократить время проведения исследования;
  • увеличить точность и достоверность результатов измерения;
  • усилить контроль за ходом измерений;
  • сократить количество участников измерений;
  • повысить качество и информативность измерений за счет более тщательной обработки данных;
  • оперативно выводить результаты измерений в наиболее удобной форме.

 

References

1. Gapshis, A.A. Koordinatnye izmeritel'nye mashiny i ih primenenie / A.A. Gapshis, A.Yu. Kasparaytis, M.B. Modestov. - M.: Mashinostroenie, 1988. - 328 s.

2. Faskiev, R.S. Proektirovanie prisposobleniy: ucheb. posobie / R.S. Faskiev, E.V. Bondarenko. - Orenburg: OGU, 2006. - 178 c.

3. Aver'yanov, I.N. Proektirovanie i raschet stanochnyh i kontrol'no-izmeritel'nyh prisposobleniy v kursovyh i diplomnyh proektah: ucheb. posobie / I.N. Aver'yanov, A.N. Bolotein, M.A. Prokof'ev. - Rybinsk: RGATA, 2010. - 220 s.

4. S'yanov, S.Yu. Sredstva avtomatizacii mashinostroitel'nyh proizvodstv: ucheb. posobie / S.Yu. S'yanov, S.V. Steposhina, O.N. Fedonin, D.I. Petreshin, G.E. Glushenkov, V.E. Fedorov. - Pridnestr. gos. un-t im. T.G. Shevchenko, 2017. - 216 s.

5. S'yanov, S.Yu. Sredstva avtomatizacii kontrolya, diagnostiki i sistem upravleniya: ucheb. po-sobie / S.Yu. S'yanov, S.V. Steposhina, O.N. Fe-donin, D.I. Petreshin, G.E. Glushenkov, V.E. Fedorov. - Pridnestr. gos. un-t im. T.G. Shev-chenko, 2017. - 137 s.

Login or Create
* Forgot password?